Composite substitutes for lead

• Autorzy: Paszkowski L. , Ludyński Z. , Biało D. , Wiśniewski W.

Warianty tytułu

PL

Kompozytowe zamienniki ołowiu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the work, research has been taken up on the problem of lead elimination from presently very popular technical applications, through elaboration of its substitutes. It is a problem of utmost importance given the harmful impact of lead on living organisms and the international regulations in force setting out approaching deadlines for total elimination of lead use. Lead has been included in the group of the most toxic substances. Very promising group of materials in the works on an environmentally-friendly substitute for lead pertains to materials of composite structure. One important component of such a composite is a powder having high density, for instance, made of tungsten or its alloys, or tungsten carbides. The second component is composite matrix, most frequently a polymer. The appropriate material selection of composite components, and particularly the proportion of both the components, enables the attainment the assumed density of composites, varying over a wide range. The work pertains to elaboration of technology of the materials having a composite structure, containing powder of so called heavy alloy (WHA) having a content of 93%W+5%Ni+2%Fe and polymer or metal matrix. This kind of heavy alloy is traditionally used to manufacture projectile cores. The powder is produced from chips using the impact method. Its price is more than three times lower than that of the tungsten powder, or the original powder of heavy alloy. The basic task was solved in two variants, using as a matrix: Epidian type thermosetting resin and metallic bonding - tin. Two different manufacturing processes of the composites was proposed. In the first, composite granulate was pressed in the die at pressure of 50-600 MPa and its polymeric matrix was hardened at temperature of 180°C. In the second process, mixture of WHA and tin powders was pressed in the die at pressure of 600 MPa and next compacts was sintered at 280°C. For each of the variants tests were conducted on the influence of powder content and matrix, as well as of the influence of forming conditions on density of attained composites and their selected mechanical properties. It has been proven, that there exists a possibility of such selection of material content and of such a manufacturing process, as to attain the densities of composites matching the density of lead - 11.3 Mg/m3. The results of metallographic tests of attained composites were presented. Additionally and F-Rockwell hardness of the composites were established.

PL

Podjęto próbę opracowania materiału umożliwiającego wyeliminowanie ołowiu z wielu powszechnych zastosowań - jako jego substytutu. Jest to szczególnie ważny problem, biorąc pod uwagę szkodliwy wpływ ołowiu na żywe organizmy i wprowadzane obecnie międzynarodowe umowy dotyczące całkowitego wyeliminowania ołowiu w najbliższych latach. Ołów został zaliczony do grupy najbardziej toksycznych substancji. Obiecującą grupą materiałów w badaniach nad opracowaniem przyjaznych środowisku zamienników ołowiu są materiały o strukturze kompozytowej. W takich kompozytach ważnym komponentem jest proszek o dużej gęstości, np. z wolframu lub jego stopu albo węglika wolframu. Drugim komponentem jest osnowa, najczęściej polimerowa. Właściwy dobór materiału obu komponentów, a szczególnie ich proporcji umożliwia uzyskanie wymaganej gęstości kompozytu w szerokim zakresie. Praca dotyczy opracowania technologii materiałów o budowie kompozytowej, złożonych z proszku tak zwanego stopu ciężkiego (WHA) o składzie: 93%W+5%Ni+2%Fe i polimerowej lub metalowej osnowy. Ten rodzaj stopu ciężkiego jest tradycyjnie używany w produkcji rdzeni pocisków. Proszek tego stopu jest wytwarzany z odpadów i wiórów metodą dynamicznego kruszenia. Jego cena jest trzykrotnie mniejsza niż proszku wolframu albo oryginalnego stopu. Do badań wytypowano dwa rodzaje materiałów osnowy: termoutwardzalną żywicę typu Epidian i proszek cyny. Zaproponowano dwa odmienne procesy wytwarzania kompozytów. W pierwszym prasowano kompozytowy granulat w matrycy przy ciśnieniu 50-600 MPa, a następnie utwardzano jego osnowę w temperaturze 180°C. W drugim prasowano mieszaninę proszków WHA i cyny przy ciśnieniu 600 MPa, a następnie spiekano w temperaturze 280°C. Określono wpływ zawartości proszku stopu ciężkiego i zawartości osnowy, a także wpływ warunków formowania na gęstość uzyskanych kompozytów i wybrane właściwości mechaniczne. Wykazano, że przez racjonalny dobór składu kompozytów i parametrów procesu wytwarzania możliwe jest uzyskanie gęstości takich materiałów równej gęstości ołowiu, tj. 11,3 Mg/m3. Przedstawiono strukturę uzyskanych kompozytów i wykazano, że posiadają one jednorodną budowę. Ponadto podano zależność twardości kompozytów od ich składu.

Słowa kluczowe

EN

lead; composite substitutes; composite; heavy alloy; polymer; powder metallurgy

PL

ołów; zamienniki kompozytowe; kompozyt; stop ciężki; osnowa polimerowa

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 10, nr 1
• Strony: 20--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Paszkowski L.

autor

Ludyński Z.

autor

Biało D.

autor

Wiśniewski W.

• Innovation-Production Enterprise ORBIT, ul. Heymana 37, 04-483 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• [1] Landowne R., Yule W., Lead Toxicity - history and environmental Impact, John Hopkins University Press, Baltimore 1986.
• [2] Durkee R.R., Douglas D.W., Development of lead - free ammunition using a tungsten/nylon composite material, Proc. of the Fifth Int. Conf. on Tungsten and Refractory Alloys, Sept. 25-27, 2000, Annapolis, USA, 9-14.
• [3] Snowdown K., Towards a green 2000, Proc of 12-th European Microelectronic and Packaging Conf. June 1999, Harrogate, England 1999, 71-77.
• [4] Manko H.H., Lead - free solder - a status report, Electronic Packaging and Production 1995, February, 70-76.
• [5] Rahn A., Diehm E,. Beske E., Bleifreie lote, Productronic 1995, 2, März, 18-27.
• [6] Middleton J.R., Elimination of toxic / hazardous materials from small caliber ammunition, Proc of the Fifth Int. Conf. on Tungsten and Refractory Alloys, Sept. 25-27, 2000 Annapolis, USA, 3-8.
• [7] Tungsten outflanks lead, The International Journal of Powder Metallurgy 2001, 1(37), 20.
• [8] High density materials and products, US Patent 4, 949, 645, 1990.
• [9] Ludyński Z., Biało D., Paszkowski L., The method of manufacture of high density composites, Patent LP - 202829, 2009.
• [10] Sci. Rep. of dean grant no. 503 G/1142-0059/002. Faculty of Mechatronics, WUT, 2003.